七七事變，日寇輕取平津，南口遂成戰略要地。南京軍事當局因察哈爾軍隊未能及時布防，遂令駐綏東之湯恩伯軍，高桂滋、李仙洲等師，配以周玳所屬之炮兵第二十七團，以迅雷之勢，在南口布防，造成南口激烈之戰。並為增援南口，反攻北平計，先以陳長捷第七十二師歸湯軍指揮。為策應該方麵有利起見，令傅作義、趙承綬等部，附炮兵第二十九團進襲察北，先後攻占商都、嘉卜寺、尚義等地。南口苦戰經旬，敵一再增援，迂回右翼，猛攻不已。遂以涿州西北地區衛立煌部北進作援，並令傅作義率領所部增援南口正麵。湯軍予敵重創，所率軍、師均遭極大犧牲。不意察省守軍敗退，張北失守，我軍後路為敵遮斷，南口抗戰各軍不得不向西南撤退，8個師損失大半。
在此情形之下，閻錫山對敵情作如下判斷：敵人現利用偽軍李守信、包貴庭等部1.2餘眾，有準備分途進攻綏東之勢，並調其本國軍二聯隊進占張北，作偽軍後援。其意似將乘機攻克綏東5縣，企圖向張北西南推進，截斷平綏線，進占大同，斷我晉、綏、察3省之聯絡，為再窺晉、寧、陝、甘之根據。其次利用陰山以北空虛地區，以圖窺竊綏西，使我分力，以期壓迫我軍於長城以內，以截斷中、俄之聯係而遂其蠶食之陰謀。
閻並且認為：日本人不輕易將本國的部隊加入攻擊，所利用者盡為叛匪3部，戰鬥力薄弱，要他的部屬“尤應注意此點，切勿被其虛張之聲勢所眩惑”。
按照這樣的判斷，閻錫山心血來潮，擬出了一個《大同會戰計劃》，其方針是：以誘敵進入大同東麵的聚樂堡“國防設陣”地區，集結強大兵團於南翼的渾源、東井集間和北翼的綏東、豐鎮、興和間，發動南北鉗擊。並以騎兵集團向張家口挺進。
10年前於平型關的晉奉之戰，閻錫山在繁峙縣擺開口袋陣，曾得勢於一時。這一次仍按口袋陣戰法，部署所謂“大同會戰”：以從張家口退回的李服膺第六十一軍（李俊功一○一師，劉覃馥二○○旅和獨立旅，共7個團）附炮兵營，於西灣堡、天鎮、陽高等地區，占領既設的“國防工事”，拒止犯晉之敵，掩護大同、聚樂堡主陣地帶。
以騎兵集團（趙承綬、門炳嶽兩騎兵軍）在綏東的興和東北地區，以劉奉濱第七十三師在廣靈東部邊境，警戒南北兩翼。
以王靖國第十九軍（田樹梅、杜坤、段樹華等3個獨立旅，共9個團）附山炮團，於大同東麵的聚樂堡南北線上占領主陣地，吸引敵於熊耳山和長城線間的南渾河盆地。
以楊澄源第三十四軍（梁鑒堂、薑玉貞兩獨立旅，共6個團）附山炮營，及劉茂恩第十五軍（武庭麟和劉兼師長的兩個師）附山炮營為南兵團，由第六集團軍總司令楊愛源指揮，集結於渾源、東井集間。
以第七集團軍總司令傅作義的第三十五軍（孫蘭峰、董其武、馬延守三個獨立旅）及綏遠兩騎兵旅（石玉山等反正偽軍）附山炮團、野炮營為北兵團，集結於豐鎮、得勝口、大同一帶。
以陳長捷第七十二師及於鎮河獨立第二旅編成預備第一軍，為預備兵團，直屬戰區長官，集結於應縣附近。
以孫楚第三十三軍的孟憲吉獨立第八旅位於雁門關上，和以章拯宇獨立第三旅位於五台龍泉關間。
按照這樣的部署，預擬李服膺第六十一軍在天鎮、陽高間予敵以節節抗擊後，北移於鎮邊堡、長城線方麵，歸入北兵團序列。並令傅作義負責北兵團和聚樂堡主陣線的作戰指揮，俟敵被吸引膠著於聚樂堡陣前時，南北兵團立即發動鉗擊……他到太和嶺口的第二天，發表了一個類似出師表式的檄文——《告第二戰區前敵將士書》：
此次戰爭，是國家民族存亡關頭，非勝不可，應將個人生死利害，置之度外，方能致勝，方能救國。這是大家平日所服膺所深知的。錫山責任所在，殺身衛國，早具決心，不能令諸君獨死。此其一。